除湿法空调及系统

所以，需要一种能够独立除湿的手段，把除湿和降温过程分开，从而使用温度较高的冷源就能 把空气处理到送风状态，提高了制冷机的效率，也可提高室内的舒适性。
本文对目前各种除湿方法进行分析比较，进而给出一种通过液体除湿实现空调的方法．
２现有的除湿方法及吸附除湿过程的基本原理
２．１几种现有的除湿方法 除湿有很多方法，归纳起来如下表
定义以下几个参数：
ＥＥＲ脚ａ＝安
其中，ＥＥ‰ｄｒ为液体除湿空调的能效比，Ｑｃ为得到的冷量，ｋｗ；ｑ为再生器的加热量，ｋＷ。
对于除湿器．由于冷却水的引入，使得整个过程近似等温的进行，被处理的室外空气状态为：
３３．９＂Ｃ．２２．３９／ｌｃｇａｉｌ：，焓值为９１．３ｋＪ／ｋｇａｉｒ，出口状态为３９．４℃，６９／ｋ鲥ｒ，该空气经过与室内回风间接蒸
３液体除湿空调系统
一 液体除湿系统发展已经有柏几年的历史，应用过程中出现了诸多问题，如开始使用的溴化锂、 氯化锂溶液对管道、设备有强腐蚀性，而一些有机的溶液如三甘醇有挥发性，有机物弥漫在空气中， 会危害人体健康：由于稀释和再生过程都为变温过程，不可逆损失大，导致该类系统的效率很低， 产出冷量与消耗的再生热量的比（能效比）一般在０．３左右。上述的问题现在已经基本得到了解决：使 用塑料材料可以防止盐溶液的腐蚀，而且成本较低，盐溶液不会挥发到空气中影响污染室内空气：
空气３和起冷却作用的 空气２，被处理的空气 被除湿并冷却，放出的 热量被排风吸收，排到 大气中。还有一小部分 经过除湿的千空气通过 蒸发冷却的方法产生冷 水可以冷却除湿后温度 较高的送风达到适宜的 送风温度，如图中的１１ 所示。
采用液体除湿空
调系统与传统的空调系
统的设备相比，主要的
液７稀溶渣Ｂ储ｉ娜９再生热潭ＩＯ再生嚣Ｊ Ｊ间接燕提制冷填蜓１２表冷嚣
要求
膜本身很薄，膜两侧的温差较小，而温差又是产生化学 势差的原因，所以，导致膜两侧的传湿动力很小，不可 行
多孔材料：硅胶，活性炭，沸石（分子筛），氧化铝凝 胶，
有机物及盐类；高分子材料，氯化锂晶体等
液体吸附材料
溴化锂，氯化锂，氯化钙，乙二醇，三甘醇等【２】
对表中各种除湿方式比较可以看出，利用吸附材料除湿是现有的除湿方式中能够实现湿度独立 控制的较为可行的方式。
郾采用分擐除湿的思想减小不可逆掼失
自室外的冷却塔，—部分来自室内回风。对室内回风的焓的回收也使得整个系统运行的能效比大大
提高。
对于再生器也要采用分级的思想，用高温的熟源再生比较浓的溶液．用比较低温的热源再生比
较稀的溶液，这样使得热源的利用效率提高。图７是一种分级再生器的思想，图中的温度都为设计
温度。
５总结
综合各种除湿方式，液体除湿法空调是可以实现湿度独立控制的空调方式，避免了冷凝除湿的 能源浪费，并且该方式可以利用低品位的热源（温度为９０℃）来驱动，而且具有较高的效率。而目 前其他已有的技术对于应用这样低温的热源制冷没有什么令人满意的办法。其应用在热电冷三联供 系统中，是优化城市能源结构的有效的方式。
除湿原理
除湿方式
特点
通过降低空气中 饱和含水量的办 法使水份析出
营造一个外部吸 湿源来吸收空气
中的湿
冷凝除湿
效率低（如引言所述）
将空气加压冷凝
另—侧抽真空
（依靠膜两侧的水蒸气
蓬
分压差）
湿
另—侧加热再生（依靠膜
两侧的水蒸气化学势差）
利用吸 附材料 吸湿
固体吸附材料
干空气也同时被压缩。功耗大
抽真空方法同样耗功很大，另外对膜的强度也有很高的
会减小气、液的接触面积。为了强化换热，保证除
湿器每一级内的溶液流量很大，而级与级之间的流 水蒸气分压力 量很小。这样即保证了换热有充分的接触面积，又
Байду номын сангаас
使得溶液进出口可以实现高的浓度差。整个除湿器
－＿·＿＿－●··流程
的流程简图如图６所示，图中的数据是一组实验结 果。其中，除湿过程不断被冷却，冷却水—部分来
能力的下降，但是传质过程中的水蒸气分压差造成
的不可逆损失仍然很大。如下图所示：
Ｅ述过程导致的直接后果是再生温度高，从而 再生器的效率低。由于解决上述问题的方法是采用
萋ｔ
分级除湿的思路［５１．即在除湿的过程盐溶液的浓度
是随着湿空气湿度的变化而变化的，同时每一级都 采取相应的冷却措施。这样。如图５所示，传热温 差，传质的浓度差会大大减小，从而减小了除湿过
１． 热负荷、湿负荷分开处理，避免了过度冷却和再热的损失，有较高的能源利用效率并提高 了室内的舒适程度；
２．通过溶液的喷洒可以除去空气中的尘埃、细菌、霉菌及其他有害物；同时由于避免了使用 有凝结水的盘管，也消除了室内的一大污染源；可采用全新风运行：提高了室内空气品质；
７０３
３． 可使低温用热源驱动，为低品味热源的利用提供了有效的途径：
ｇ＝尘争：蹀墚＝３．５８（ｋＪ／ｄ 热量ｑ为：
１
。。一ｄⅧ
（４８一 ．３） 一
６…１“””“””””’”“：
苫），再根据除湿器的数据，觚２２
ＥＥＲ均１。ｄ：兰￡；—望一：—二兰一：０ ９３
Ｑ＾酣‘ｑ １６．３＋３．５８～
可见在热源摄高温度为９０℃的情况下，采用该方式能够比采用同样热源驱动的吸收式制冷机有 更高的效率 ３．２集中再生的液体除湿空调系统
（６０％）
图７再生器流程圈
５０％
如图７中的一个热水进水温度为９０＂Ｃ，出水温度为６５℃的再生器，设计的空气进口状态为３３．９
℃，含湿量ｄ。为２２．３创凹ｉｒ，焓值‰为９１．３ｋＪ／ｋ鲥ｒ，换热器的温差按照５＂Ｃ｝ｔ－，得再生空气的出口
状态为５８＂Ｃ，含湿量ｄ。４８９＾ｑｇａｉｒ，焓值ｊａｌ为１８３．４ｋＪ，，ｋ对，这样，每除去ｌｇ水－再生器需要的加
现间歇式的吸湿再生：转轮式除湿得到
了更广泛的应用，它可实现连续的除湿
和再生。这两种除湿方式有着致命的弱
点就是都是动态的运行过程，期间混合
损失大，影响效率，另外，这种形式很
难实现等温的除湿过程，而除湿过程释 放出的潜热使除湿剂的温度升高，吸湿
图Ｉ吸湿剂状态的变化
能力大打折扣，整个过程传热传质的不可逆损失大，效率不高。
除湿法空调及系统
江亿 李震 清华大学建筑学院建筑技术科学系，北京１０００８４
摘要本文综合ｒ各种湿度控制方式ｔ总结出液体除湿方式的优势。该方式对提高空调系统运行性能，优化城市能源 结构有重要意义。
关键词独立除湿｝暌三毋妙能誓比
１引言
空调的湿负荷主要来自室内人员的产湿以及新风中的湿，这部分湿负荷在总的空调负荷中占 ２０％～４０％，是整个空调负荷的重要组成部分。目前，常用的空调形式的空气处理方式为采用表冷 器降温除湿。这样为了满足除湿的要求，经常要把空气冷到很低的温度。如满足室内舒适性需求的 空气温度为２４℃，露点为１４℃，为了实现除湿的目的，冷冻水的温度要低到７℃，而冷机的蒸发温 度低到２－－５℃。不难看出，需要在温度为２４＂Ｃ的热源下取热以满足降温要求，而需要在１４℃下取 热以满足除湿要求。冷源的低温要求首先是为了满足除湿要求而设定的，若只是为了降温，蒸发温度 可以高的多．为了除湿在冷凝过程中把干空气也冷到了同样低的温度，某些情况下还需要再热来满 足送风温度的要求，这也造成能量的浪费。
相对于固体吸附材料，由于液体具有流动性，采用液体吸湿材料的传热传质设备比较容易实现： 另外，液体除湿过程容易被冷却，从而实现等温的除湿过程，不可逆损失可以减小。所以采用液体 吸收除湿的方法有可能达到较好的热力学效果。
一鬻一
图２吸湿溶液的循环过程
圈３除湿及再生空气的循环过程
图２、图３是带有不同浓度溶液的饱和分压力线的湿空气的温湿图。图２是液体除湿中溶液状态变 化过程，ｌ一＞２是除湿过程，溶液浓度升高，同时若采用逆流、冷却等手段，该过程可以近似等温 甚至降温进行：２一＞３一＞４是溶液被加热、再生的过程，该过程需要提供热量，使溶液中的水份蒸 发，溶液变浓；４一＞ｌ溶液被冷却，再进入除湿器除湿。图３表示的是液体除湿中空气的状态的变 化过程，双线表示除湿的过程，单线表示再生的过程。
参考文献
Ｉ Ｄｅｓｉｃｃａｎｔ ｃｏｏｌｉｎｇａｎｄｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，１９９２，ｐ３３·３９，ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＨｅａｔｉｎｇ，Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ， ａｎｄ Ａｉｒ－Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｍ，Ｉｎｅ．，Ａｔｌａｎｌａ．
２
Ｓ Ｙｏｏｎｕｓ Ａｈｍｅｄ，Ｐ．Ｇａｎｄｈｉｄ∞ａｎ，１９９８ Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆＬｉｑｕｉｄ Ｄｅｓｉｃｃａｎｔｓ，Ｓｏｌａｒ
６９９
２．２吸湿材料除湿基本原理
采用液体和固体吸湿材料除湿‘Ｈ１的系统出现于本世纪５０年代，之后蓬勃的发展起来，已经开
发出多种形式的系统。篇幅所限，这里不做介绍。吸湿剂完成整个除湿一再生循环的状态变化如下 图所示：
采用固体吸附材料除湿的系统，有
【司定床式和转轮式两种。固定床式固体
吸附除湿装置是通过改变空气测流向实
＿＿－＿＿＿＿＿＿＿◆
流程 图４传统除湿器内传不可逆损失
程的不可逆损失。充分的利用了溶液的吸湿能力，
即在吸收同样多的湿量的情况下，分级的方法可使得溶液的浓度差达到１０％左右。这样送回再生器
的溶液的浓度喇氐了，更容易被再生，从而减少了
高温热源的消耗。
根据质量平衡关系，采用了分级思想的除湿器
溶液的流重会因为浓度差的增大而变小，而小流量
ｅｎｅｒｇｙ，Ｖｏｌ ６２，ＰＰ．１ １—１８
３． Ｆｕ Ｌｉｎ，Ｊｉａｎｇ Ｙｉ，Ｙｕａｎ Ｗｅｉｘｉｎ￥，Ｑｉｎ Ｘｕｚｈｏｎｇ，２００１，Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｔｕｍ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｎ ｔｈｅ
ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆａｄｉｓｔｒｉｃｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ ２１，Ｎｏ １，ＰＰ
５ｌｌ－５２１．
４． ＡＳＨＲＡＥ ２０００．ＡＳＨＲＡＥ Ｈａｎｄｂｏｏｋ－Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆＨｅａｔｉｎｇ， Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ，ａｎｄ Ａｉｒ－Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．，Ａｔｌａｎｔａ．
４． 可以方便的实现蓄能，系统中设储浓溶液的容器，负荷小的时候储存浓溶液，负荷大的时 候用来除湿，从而减小了系统的容量和相应的投资；单位质量蓄冷能力为冰的蓄冷能力的 ６０％，而且无需保温等措施；
５． 整个设备各个部件构造简单，节省初投资：
４应用前景展望
随着我国城市能源结构的调整，天然气将成为重要的城市能源，燃气一蒸汽联台循环是天 然气利用的理想的方式ｐｊ。在该方式中，一年四季都需要有热负荷。在冬季，燃气一蒸汽联合循环 所提供的热能可用来供暖；在夏季，该热源用于空调中有以下几种方式：采用集中的制冷机，送冷 水到用户，由于冷水的温差小，冷水流量就会很大，造成管路初投资、冷水的输运损失都很大；还 有一种方法是送热水来驱动末端用户的吸收机，这种方法的问题在于所提供的热水温度不是很高， 导致吸收机的能效比下降，一般只有０．４－０．６左右，这种方法基本上也不可行。根据本文前面的介绍， 采用液体除湿空调系统无疑是理想的选择。
将液体除湿系统的空气处理部分和再生部分分开，并且多个空气处理部分共用一个再生器，构 成如图８所示的集中再生的液体除湿空调系统。集中的再生器可采用多级回热的形式以提高其效率。 浓溶液分出各个支路通往空气处理模块，吸湿后的稀溶液通过管路流回再生器再生，如此循环。溶 液的回路带有储液灌，起到了蓄能调峰的作用。末端的空气处理模块有两股空气流过，即被处理的
发冷却，状态被处理至２２＂Ｃ，６９／ｌｑ如，焓值为３７．３ｋＪ／ｋｇａｉｒ。之后，空气被等焓加湿到送风状态（１７ ℃）。空气处理的焓差为５４ｋＪ／ｋｇａｉｒ，除湿量△ｄ为１６．３９／ｋｅ沁·
７０１
△ｉ为被处理空气的焓差，则Ｑｃ表示为：Ｑ＝△ｆ＿９１．３—３７．３＝５４ｋ．／／ｋｇａｉｒ
（５０％）
图６除湿器流程图
图８集中再生的液体除湿空调系统
换热部件采用塑料材 料，防腐蚀而且价格低 廉，溶液的管道尺寸小
且无需外保温，这些都
使得设备的成本很低。相比之下，溶液的投资占了整个系统投资的主要部分，综合下来，整个系统
的投资会低于传统的空调方式。
３．３液体除湿系统的优势 采用液体除湿空调系统与传统的空调系统相比有以下优势：
通过对调整工艺流程，可以得到接近等温的除湿与再生过程，实现较高的能效比。
７００
３．１液体除湿系统的能耗分析
要提高液体除湿系统的能耗，首先要分析原有的液体除湿系统能耗低的原因。传统的液体除湿 空调系统除湿器溶液的流量很大，浓溶液和稀溶液的浓度差在２％２Ｅ右。这样尽管在除湿过程中采 取一些冷却的措施来减小由于溶液温升导致其吸湿